朱龙基 冼巧玲

(1.东莞理工学院城市学院，广东 东莞 523430; 2.广州大学，广东 广州 510000)



层间隔震建筑下部结构弹塑性简化分析方法

朱龙基1冼巧玲2

(1.东莞理工学院城市学院，广东 东莞 523430; 2.广州大学，广东 广州 510000)

介绍了层间隔震建筑下部结构弹塑性简化分析模型的建立方法，并将简化模型与精细模型的弹塑性分析结果作了对比，验证了简化分析模型的合理性，解决了层间隔震结构的量化弹塑性分析问题。

层间隔震，简化模型，弹塑性分析，建筑结构

0 引言

随着建筑结构的高度和复杂程度的逐年提升，建筑结构的弹塑性分析越来越被重视，高层结构在罕遇地震作用下薄弱层弹塑性变形验算,应符合下列规定:1)7度～9度时楼层屈服强度系数小于0.5的框架结构；2)甲类建筑和9度抗震设防的乙类建筑结构；3)采用隔震和消能减震设计的建筑结构；4)房屋高度大于150 m的结构。

1 简化分析模型

层间隔震结构体系往往隔震层以上结构能达到很好的减震效果，但隔震层以下结构却直接处于与地震动相互作用之中，承受由上部叠加下来的大量水平剪力，所以隔震层以下结构常常处于危险的境地，鉴于GB 50011—2010建筑抗震设计规范12.2.9第2条规定：隔震层以下的结构(包括地下室和隔震塔楼下的底盘)中直接支撑隔震层以上结构的相关构件，应满足嵌固的刚度比和隔震后设防地震的抗震承载力要求，并按罕遇地震进行抗剪承载力验算。

在设防地震下，某隔震结构的减震系数为0.43，也就是该隔震结构上部结构相对于非隔震结构可以减少57%的水平地震力，我们有理由将上部结构在罕遇地震下近似的看作处于弹性范围内而下部结构进入弹塑性，简化其结构的下部结构弹塑性分析，以达到高效的分析，给出初步的结构弹塑性分析结论来指导下部结构的设计。

1.1 简化模型的建立

简化模型的材料非线性、连接/支座单元的非线性、框架单元内的塑性铰、剪力墙分层壳模型来模拟结构的非线性行为均与精细模型一致，两者之间的不同在于，精细模型考虑的是整体弹塑性，故在其每一根梁与柱均加设了框架单元的塑性铰和每片剪力墙均为分层壳模型；而简化模型主要考虑的是隔震层以下结构进入弹塑性，故在其下部结构每一根梁与柱加设了框架单元的塑性铰和每片剪力墙为分层壳模型。

1.2 罕遇烈度地震下地震波的选取

由于模型简化的只是塑性铰的分布和剪力墙塑性行为的分布，所以对于结构的周期没有影响，对于结构罕遇地震下的基地剪力影响甚微，所以地震波采用的是精细模型分析时所选取的地震波。

2 简化模型的弹塑性分析

以下是用ETABS2013非线性版计算分析的简化模型弹塑性分析结果的主要宏观数据(见表1)。

表1 简化模型弹塑性分析结果

罕遇地震下的绝对层位移曲线见图1，隔震层在第1层柱顶时下部结构的塑性铰发展趋势见图2。

表2 简化模型与精细模型弹塑性分析结果在宏观指标上的对比

模型简化模型精细模型比例/%周期/s第一周期4．4524．7215．70第二周期4．254．3953．30第三周期3．9664．0953．20结构总质量/t7851057851050．00基底剪力/kNElcentrolX向12522415291518．10ElcentrolY向13033216479620．90RH2TG045X向1285421304071．40RH2TG045Y向1251101314914．90TH2TG090X向1249091327285．90TH2TG090Y向1297471233255．20最大顶点位移/mmElcentrolX向118312858．00ElcentrolY向108411596．50RH2TG045X向1040115810．20RH2TG045Y向867102115．10TH2TG090X向112812227．70TH2TG090Y向946112115．60隔震层最大位移/mmElcentrolX向7326699．30ElcentrolY向7577510．80RH2TG045X向5685730．90RH2TG045Y向5846165．20TH2TG090X向5455816．10TH2TG090Y向5655640．10最大层间位移角(层号)ElcentrolX向1/147(16)1/159(16)7．50ElcentrolY向1/233(16)1/105(16)121．90RH2TG045X向1/183(11)1/142(16)28．90RH2TG045Y向1/243(16)1/183(16)32．80TH2TG090X向1/139(16)1/117(18)18．80TH2TG090Y向1/197(16)1/136(18)44．90下部结构最大绝对层位移ElcentrolX向17172．90ElcentrolY向10100．60RH2TG045X向131512．90RH2TG045Y向8910．80TH2TG090X向15151．50TH2TG090Y向91011．00下部结构最大层间位移角倒数ElcentrolX向2902823．00ElcentrolY向4764790．60RH2TG045X向36231514．80RH2TG045Y向59152812．10TH2TG090X向3233281．40TH2TG090Y向54048112．30分析所用时间约4h35min约17h73．50注：其中“比例”是按(简化-精细)/精细计算所得

3 简化方法的精度

采用简化弹塑性分析模型计算分析后，与精细弹塑性分析模型在结构周期、结构变形以及结构层剪力等方面进行对比(见表2)。

简化弹塑性分析模型与精细弹塑性分析模型计算结果对比曲线见图3。

由图3，表2可以看出，简化模型的精度平均值基本可以维持在15%左右，其中能表达下部结构弹塑性的数据精度平均值在7%左右。所以认为该简化模型建立是相对合理的。而采用简化模型分析可以大大减少分析时间，在此基础上就可以对层间隔震下部结构进行批量的分析，得到其在罕遇地震下的动力特性，以指导层间隔震下部结构的设计。

4 结语

笔者通过建立一个合理的层间隔震模型，并在弹性阶段设计完成后对其进行罕遇地震下的弹塑性分析，讨论该结构设计的合理性。并由此提出一种简化的弹塑性分析模型，在对该简化模型分析后得出结论：

1)简化模型的平均精度在15%左右，且隔震层以下结构的精度在7%左右。该结论验证了笔者提出的假设：在罕遇地震下，隔震层以下结构相对于隔震层以上结构更早进入弹塑性，所以可以将模型简化成下部结构为弹塑性模型，而上部结构为弹性模型。

2)简化模型的分析时间远小于精细模型的分析时间，分析所用时间约减少75%，这就对层间隔震结构的量化弹塑性分析提供了可能性。

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Elastic-plastic simplified analysis method of bottom structure of interlayer seismic isolation building

Zhu Longji1Xian Qiaoling2

(1.CollegeofCity,DongguanCollegeofTechnology,Dongguan523430,China; 2.GuangzhouUniversity,Guangzhou510000,China)

The paper introduces elastic-plastic simplified analysis model establishing method of bottom structure of interlayer seismic isolation building, and compares the elastic-plastic analysis results of simplified mode and detailed model. As a result, it testifies the rationality of simplified analysis model, and solves quantitative elastic-plastic analysis problems of interlayer seismic isolation structure as well.

interlayer seismic isolation, simplified model, elastic-plastic analysis, architectural structure

1009-6825(2016)26-0056-03

2016-07-06

朱龙基(1989- )，男，硕士，助教

TU313

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